文 | 猩猩说影
编辑 | 猩猩说影
三台阶机械开挖技术的特点三台阶机械开挖技术主要的施工机械是三台阶开挖机械，基本工作模式是按照上、中、下三个台阶进行，每个部分和开挖隧道支护结构纵向交错设置，采取平行推进的施工方式。
三台阶机械开挖技术在公路大断面施工中有着极为重要的作用，完全可以满足多种不同条件下地段隧道的开挖施工作业，经过实践经验分析，该方式具备如下特点：其一，施工空间大，机械作业更加方便，可以采取多平面平行作业的方式。
应用在软岩结构中，通过使用悬臂掘进机、液压鹰嘴钩等设备进行，开挖效果更好，超挖、欠挖的控制效果更好，施工效率也比较高，其二，地质发生变化后，可以及时调整施工工艺的顺序和方法，在顶部围岩稳定性不足的情况下，可以在现场设置竖向临时支撑，并且分为左右两个洞室进行施工，从而防止开挖面积过大而产生失稳的问题，提高作业施工效果。
其三，在多种跨度、断面中都可以应用，初期支护操作更加方便，施工效率更高，其四，围岩如果发生变形或者存在突变的情况，在确保安全以及净空尺寸下，能够缩短闭合的时间，安装效果也会提高，其五，现场开挖施工速度快，不会对围岩造成过大扰动，现场人员数量少，经济效益明显。
隧道台阶开挖技术在施工中先进行上半断面的开挖施工，在达到特定长度后，同时开挖下半断面，实现上下断面同时开挖作业，根据台阶的尺寸差异，可以分为长台阶、短台阶、超短台阶等几种，根据不同情况选择合适的台阶尺寸，近年来大断面隧道设计和施工出现多种方法，如临时仰拱法、多台阶法等，对于不同方法的选择，应遵循如下原则：
其一，初期支护后形成闭合断面的时间要求，围岩越差，则时间越短；其二，上断面现场作业环节的开挖、支护、出渣等机械设备的场地空间。
在软弱围岩施工中，要充分考虑多个方面的因素，以达到工程安全性的标准，在围岩条件较好的情况下，要从提升机械效率的角度出发，符合工程经济性与安全性的要求，如果不能完全兼顾，应以保证现场施工效果与安全为准。
隧道台阶开挖技术施工空间比较富裕，同时也能提高施工速度，但是上、下台阶存在干扰，且台阶开挖会影响围岩结构的稳定性，台阶开挖技术有利于开挖面的稳定，特别是在上部开挖支护结束后，下部进行作业施工的安全性较高，但是也要考虑到开挖环节的稳定性影响，具体来说，开挖阶段要注意下述几个方面：
避免上、下断面在施工中出现干扰性问题，超短台阶通常按照一个断面的形式开展掘进施工；长台阶的施工作业长度较大，所产生的影响也比较小；而短台阶在现场开挖中，会产生较大的干扰和影响，所以现场组织施工必须提起足够的重视，对于比较短的隧道项目来说，在上半断面贯通之后，才能开始下半断面的开挖施工。
在下部开挖作业的过程中，要确保上部稳定性不会受到影响，如果围岩非常稳定，则可以按照分段开挖方式施工；如果围岩稳定性不足，需要减小掘进的尺寸；如果围岩稳定性极差，则应左右交错施工，以免造成结构严重损坏。
在下部的边墙结构开挖施工中，要及时喷射混凝土，并做好初期支护作业，及时进行现场测量工作，观察拱顶的情况，拱脚以及边墙的中部位移参数要符合要求，在出现速率突然升高时，及时实施仰拱封闭。
超前小导管对于提高围岩结构的稳定性产生直接的影响，通常在现场选择应用φ42mm×4mm的热轧无缝钢管制作，长度结合现场具体情况确定，钢管采用环向分布方式设置，间隔距离为40cm，外插角为10～15°即可，在管道中间部位，进行钻孔作业，孔径为6mm，间隔距离15cm，以确保注浆施工顺利进行，导管安装后及时注浆加固，压力保持在0.5～1MPa，施工现场如图1所示。
在施工现场内，应用小导管切割孔成型自动化生产线进行加工，以确保小导管的尺寸与规格符合要求，导管的规格为φ42mm钢管，头部制作为锥形，尾部焊接加劲箍，提高结构的强度，在管身间隔10～20cm钻孔，直径6mm，采取梅花形的方式布置。
在现场施工环节，应用YT-28型风动凿岩机进行钻孔作业，在钻孔前先测量放样，保证孔位精度合格，符合设计标准要求，提高注浆施工的质量水平，根据设计方案配制浆液，调试注浆机设备，并落实压水试验，检查机械设备是否处于正常的工作状态下，管道连接是否牢固、可靠，小导管安装工作结束后，对管口封闭处理，预防出现杂质进入内部而影响注浆效果。
小导管安装完成之后，应用锚固剂封闭处理，并在表面喷射混凝土；通过注浆泵开始注浆施工，管道连接效果合格，调整压力为0.45～1.05MPa，水泥浆水灰比1∶1，水泥标号42.5R，各项准备工作结束后，立即开启注浆泵进行施工。
加强现场观察和控制，同时组织人员进行质量监督与检查，对注浆量加强监控，达到超前加固的效果，在注浆现场施工中，不能随意进行浆液的搅动，防止出现沉淀分层的问题，造成浆液质量发生变化，总之，严格控制注浆作业，全面管控注浆量与压力，提高工程质量水平。
现场施工作业之前，先进行技术交底，加强人员岗位培训和教育，使其掌握先进的科学技术，有足够的经验，对于超欠挖、突发情况有足够的处置能力，能胜任岗位工作，隧道进洞前，根据设计方案进行截排水系统、边仰坡防护、洞口大管棚处理等，从而到达进洞的安全性。
三台阶机械开挖技术的工艺流程如下：第一，上台阶悬臂式掘进机开挖作业，同时进行拱部初期结构的支护施工，第二，中、下台阶左右交错设置液压鹰嘴钩开挖施工，并且进行初期支护施工，第三，遂底仰拱液压鹰嘴钩开挖施工，进行初期支护施工，每一次开挖施工结束后，立即进行支护处理，并且在支护后及时进行仰拱、二衬施工，并落实封闭处理。
上台阶应用悬臂式掘进机开挖作业，该设备的工作方式是截割，从底部开始进行作业，然后按照S形或者Z形循环截割作业，直到整个结构全部施工结束，中、下台阶采用液压鹰嘴钩开挖施工，将上述各个环节开挖后的渣土，通过自卸车运输到规定部位。
三个台阶应用平行开挖作业方式，并进行初期支护的施工，每个部分相互衔接紧密，封闭成环形，仰拱紧随下台阶施工，封闭结构，组合形成稳定的体系，在现场施工中，进行监控测量作业，了解现场支护、围岩的具体情况，并进行参数的调节，达到工程安全性的要求，根据需要，设置防排水体系，防止损坏工程结构。
上台阶开挖需要在拱部超前支护施工后实施，开挖循环进尺根据围岩等级、初期支护钢架结构间隔距离设定，从而满足现场开挖作业要求，且不会导致安全事故，在上台阶的开挖中，其矢跨比超过0.25，结合该隧道工程特点以及设备作业数据，主洞上台阶高度按照5m进行施工。
掘进设备的性能与参数符合要求，落实现场管理与控制措施，并应用自卸车完成运输作业，从而提高上台阶的开挖效果，一般上台阶开挖长度达到20m即可。
开挖施工结束后，立即开始喷、锚、网系统支护作业，设置钢架结构，在钢架拱脚以上30cm的高度，紧贴钢架两侧沿着下部倾角30°设置锁脚锚杆，并且与锚架稳定连接，再进行喷射混凝土施工，达到设计标准。
上台阶开挖达到20m之后，开始进行中、下台阶的开挖施工，为了使掘进机出渣有足够的距离，设置纵向通道的形式，采取纵挖的方式，坡度控制在18%以内，两侧的坡度结合实际情况确定，符合地质条件的要求，且该项目设计为粉砂质泥岩隧道，自稳性良好，坡比按照1∶0.75设置。
边坡同为人工刷坡的作业方式，将现场散落的碎石清理干净，并喷射3～5cm厚度的混凝土，将上台阶开挖到规定尺寸，形成纵向通道后，开始进行中台阶开挖施工，在现场施工中，应用液压鹰嘴钩 析挖机的开挖作业方式，用反铲挖掘自卸车完成出渣作业。
下台阶开挖应该在上台阶支护结束后，确保混凝土强度符合设计标准70%后开始进行，下台阶开挖高度按照仰拱、仰拱回填高程、栈桥等确定底部高程参数，一般控制在3.5m以内即可，施工现场见图2。
经地质条件分析，隧底为泥岩，有部分砾岩材料，使用液压鹰嘴钩方式开挖作业，长度6m为一个整体结构，开挖后，立即采取支护施工，提高结构的稳定性。
通过新奥法开展现场施工，提高结构的施工强度和性能，确保工程的质量效果合格，加强测量检测，提高精度水平，减小放样误差，从而实现超欠挖的控制，落实人员培训和教育措施，提升专业技术水平，保持良好的工作习惯，提高专业技能水平，其四，现场预留轮廓为30～50cm，并且实施二次铣挖作业。
在软岩隧道中，水的影响作用巨大，尤其是在工字钢拱脚软化后，初支的稳定性大幅度下降，软岩隧道要落实现场水源的控制，在两侧布置纵向排水沟设施，渗水以及裂隙水通过排水沟汇集到洞口集水坑抽排处理，利用PVC管道排放水，将其引入两侧的排水沟，以免对隧道施工产生不利的影响。
在检测开挖作业环节，掘进机工作会产生较多的粉尘，为现场施工带来不利影响，造成超欠挖的问题，因此，需要制定切实可行的防粉尘措施，在该工程中，现场施工应用抽出式 压入式通风降尘的效果，将粉尘及时排出去，防止对现场产生影响。
在现场设置喷雾设备，进行喷淋降尘处理，用过滤设备将颗粒物清除干净，避免造成影响[5]，此外，利用设备进行抽排处理，避免出现现场灰尘堆积或者污水淤积的情况，导致安全性不足。
